JPH087257A - カーボン膜の膜質評価方法および磁気記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】カーボン膜の膜質の新規な評価方法を提供し、
磁気記録媒体の保護膜として形成されるＤＬＣ膜をこの
方法で評価し管理して、耐磨耗性に優れた磁気記録媒体
を得る。 【構成】カーボン膜の波長５１５．７ｎｍのアルゴンイ
オンレーザ励起によるラマンスペクトルを測定し、波数
９００ｃｍ^-1から１８００ｃｍ^-1の範囲内のスペクトル
の蛍光を含ん主ピーク強度Ｂと、蛍光によるバックグラ
ウンドを差し引いた主ピーク強度Ａとの強度比Ｂ／Ａ
（ラマン蛍光強度比）で膜質を評価する。この評価方法
でＢ／Ａの値が２以上のＤＬＣ膜を保護膜とすることに
より、耐磨耗性の優れた磁気記録媒体が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、固定磁気ディスク装
置などに搭載される磁気ディスクなどの磁気記録媒体に
関し、詳しくは、磁気記録媒体の保護膜として用いられ
るカーボン膜の膜質評価方法およびその評価方法で特定
した膜質の保護膜を備えた磁気記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータなどの情報処理装置の外部
記憶装置として固定磁気ディスク装置が多く用いられて
いる。固定磁気ディスク装置においては、磁気記録媒体
である磁気ディスクを回転させながら磁気ヘッドにより
情報の記録・再生行われるが、その場合、通常、情報の
記録・再生が行われる装置稼働時には、磁気ヘッドは回
転しているディスク上を僅かに浮上して走行し、装置停
止時には磁気ヘッドは停止しているディスク表面に接触
して停止しているＣＳＳ（Ｃｏｎｔａｃｔ Ｓｔａｒｔ
Ｓｔｏｐ）方式が採用されている。

【０００３】この方式では、ディスクの回転開始時と回
転停止時にはディスク表面と磁気ヘッドは過渡的に摺動
状態となるため、ディスク表面の耐磨耗性や潤滑性が不
十分な場合、このような摺動が繰り返されることによっ
てディスク表面が磨滅し、磨滅の程度が酷い場合には磁
性層が損傷を受け、クラッシュ状態となる。この対策と
して、ディスクの耐磨耗性を向上させる目的で磁性層上
に保護膜が形成され、さらに、潤滑性を向上させる目的
で保護膜上に潤滑層を設けることが行われている。すな
わち、磁気ディスクは、一般に、図２に示すように、デ
ィスク状の非磁性基板１の両面に非磁性金属下地層，例
えばＣｒ下地層２、強磁性合金，例えばＣｏ合金からな
る薄膜の磁性層３、保護膜４、潤滑層５が順次形成され
て構成されている。

【０００４】スパッタ法で作製される合金薄膜磁性層を
備えた磁気ディスクでは、磁性層の保護膜としてカーボ
ンを純Ａｒガス雰囲気中でスパッタ成膜したアモルファ
スカーボン（ａ−Ｃ）膜が広く用いられてきた。ａ−Ｃ
保護膜は、従来のＭｎ−Ｚｎフェライトヘッド（ビッカ
ース硬度約６５０）に対しては充分な耐磨耗性を有し、
良好な耐ＣＳＳ特性を有していた。しかし、最近になり
固定磁気ディスク装置に対して高記録密度化の要求が高
まり、Ｍｎ−Ｚｎフェライトヘッドに代わって薄膜ヘッ
ドやＭＩＧヘッドが用いられるようになってきた。これ
らのヘッドのスライダーにはＡｌ₂ Ｏ₃ −ＴｉＣやＣａ
ＴｉＯ₃ といった硬質セラミック（ビッカース硬度約２
０００程度）が用いられているが、ａ−Ｃ保護膜はこれ
らの硬質セラミックに比較して硬度が低いために薄膜ヘ
ッドやＭＩＧヘッドでは磨耗を引き起こしやすく、より
高い耐磨耗性を有する保護膜が求められるようになって
きた。

【０００５】これに対して、ａ−Ｃ保護膜に代わるもの
として、ＡｒガスにＣＨ₄ などを混合したガス雰囲気中
でカーボンをスパッタ成膜して膜中に水素を含有させて
ダイヤモンド性を付与したダイヤモンド状カーボン（Ｄ
ｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ：以下ＤＬＣと
称する）膜を形成し、この膜を保護膜とすることが提案
され、実用化が進められている。

【０００６】ＤＬＣ膜は成膜条件により様々な膜質を示
し、ある特定の膜質（グラファイト結合状態よりもダイ
ヤモンド結合状態およびポリマー性結合状態の占める比
率が高い膜質）のときにはａ−Ｃ膜に比して優れた耐磨
耗性を有するため薄膜ヘッドやＭＩＧヘッドに対しても
充分な耐磨耗性を示す。しかし、それ以外の膜質の場合
には逆に耐磨耗性がａ−Ｃ膜よりも低くなってしまい、
耐ＣＳＳ特性が悪いために、ＤＬＣ膜を磁気記録媒体の
保護膜として使用する場合には、膜質を正確に評価し、
適正な膜質管理を行うことが必要となる。

【０００７】膜の耐磨耗性は、主に硬度と柔軟性により
決まる。磁気記録媒体の保護膜としてのＤＬＣ膜の膜質
もこれらが適正値でなければならない。膜の硬度は圧子
による微小硬度測定により測定される。一方、ＤＬＣ膜
の柔軟性は膜中の水素量に関係し水素量が多いほど柔軟
性が増すことが知られており、その量は、通常、ＩＲス
ペクトル分析などで測定される。

【０００８】また、磁気記録媒体の保護膜としてのＤＬ
Ｃ膜の膜質評価方法としては、直接耐ＣＳＳ特性を評価
する指標としてＣＳＳを２万回行った後の摩擦係数を測
定する方法も採られている。また、ＤＬＣ膜の膜質評価
方法として、膜のラマン分光による方法が知られてい
る。図３はＤＬＣ膜のラマンスペクトルの一例を示す線
図であり、波数９００ｃｍ^-1〜１８００ｃｍ^-1にＤＬＣ
膜に特有のピーク（ＤＬＣピーク）が見られる。図４は
そのピークの部分を拡大して示す線図であるが、このピ
ークの部分について、図５に示すように蛍光によるバッ
クグラウンド（蛍光強度）を直線近似で除去して補正
し、ガウス関数を用いてグラファイトピーク（Ｇ−ピー
ク）とダイヤモンドピーク（Ｄ−ピーク）の二つのピー
クに波形分離し、高周波側のピークであるＧ−ピークの
ラマンシフトやＧ−ピークの強度Ｉ_g と低周波側のピー
クであるＤ−ピークの強度Ｉ_d とのピーク強度比Ｉ_d ／
Ｉ_g により、組成的に膜質を評価する方法である。

【０００９】また、膜の比抵抗を測定することにより、
組成的に膜質を評価する方法も知られている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】磁気記録媒体の保護膜
は膜厚数百Å以下の薄膜として形成される。このような
薄膜の正確な微小硬度測定は技術的に難しい。また、膜
中の水素量の測定は大がかりな装置を必要とし時間，費
用ともに多くを必要とする。従って、微小硬度および水
素含有量により膜質を評価し管理することは得策ではな
い。また、摩擦係数の測定による評価，管理も、その都
度ＣＳＳを２万回行わねばならず、好ましくない。

【００１１】膜のラマン分光により組成的に膜質を評価
する方法は精度が高く、これにより管理を行うことがで
きれば効果的である。ところが、この組成的に膜質を評
価する指標であるＧ−ピークのラマンシフトと耐磨耗性
の面で膜質を評価する指標である膜の水素含有量，微小
硬度，摩擦係数との間には、それぞれ図６（ａ）の摩擦
係数との関係線図，図６（ｂ）の微小硬度との関係線
図，図６（ｃ）の水素含有量との関係線図に示すよう
に、１対１対応あるいは単調増加・減少の関係がなく、
また、ピーク強度比Ｉ_d ／Ｉ_g と耐磨耗性の面で膜質を
評価する指標も、それぞれ図７（ａ）の摩擦係数との関
係線図，図７（ｂ）の微小硬度との関係線図，図７
（ｃ）の水素含有量との関係線図に示すように、１対１
対応あるいは単調増加・減少の関係がない。従って、Ｇ
−ピークのラマンシフト，あるいはピーク強度比Ｉ_d ／
Ｉ_g を評価し管理することによりＤＬＣ保護膜の耐磨耗
性を適正範囲に保つことはできない。

【００１２】従来、ＤＬＣ保護膜の膜質評価および管理
は、保護膜スパッタ成膜時の供給ＣＨ₄ 量（ＣＨ₄ 濃度
・ガス流量・放電パワー密度により決まる）と組成的に
膜質を評価する指標との相関、および供給ＣＨ₄ 量と耐
磨耗性の面で膜質を評価する指標との相関をとり、この
ＣＨ₄ 量を介しての両者の相関から適正範囲を規定して
行われており、膜質管理が難しく煩雑であった。

【００１３】この発明は、上述の点に鑑みてなされたも
のであって、第一の目的はカーボン膜の組成的な膜質を
簡便に評価でき、しかも、耐磨耗性の面で膜質を評価す
る各指標と一対一の明確な相関を有する新規な膜質評価
方法を提供することにある。第二の目的はその組成的な
膜質評価指標の範囲を耐磨耗性の面から特定したカーボ
ン保護膜を有する、耐磨耗性，耐ＣＳＳ特性に優れた磁
気記録媒体を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
によれば、磁気記録媒体の磁性層の保護膜として用いら
れるカーボン膜の膜質評価方法として、保護膜について
波長５１４．５ｎｍのアルゴンイオンレーザー励起によ
るラマンスペクトル測定を行う。図１は、得られたラマ
ンスペクトルの波数９００ｃｍ^-1〜１８００ｃｍ^-1の範
囲を示す線図であるが、このスペクトルの蛍光を含んだ
主ピーク強度Ｂと、蛍光によるバックグランドを差し引
いた主ピーク強度Ａとの強度比Ｂ／Ａ（ラマン蛍光強度
比）でカーボン膜の膜質を評価することによって解決さ
れる。

【００１５】そうして、上記のカーボン膜の膜質評価方
法で評価したときの膜質評価指標である強度比Ｂ／Ａ
（ラマン蛍光強度比）の値が２以上のカーボン膜を保護
膜とすることによって耐磨耗性，耐ＣＳＳ特性に優れた
磁気記録媒体を得ることが可能となる。

【００１６】

【作用】ＤＬＣ膜のラマンスペクトルの蛍光強度は、Ｄ
ＬＣ膜中のｓｐ² クラスター（グラファイト構造部）の
大きさ，あるいはその分布状態（ある程度集まって分布
しているのか，個々に島状に孤立して分布しているの
か）に依存している。従って、前述のラマン蛍光強度比
Ｂ／ＡはＤＬＣ膜構造すなわち組成に依存し、膜質評価
の指標となり得る。また、ＤＬＣ膜の微小硬度，水素含
有量，摩擦係数もこの膜構造に依存するので、ラマン蛍
光強度比Ｂ／Ａは膜の耐磨耗性と明確な相関を有するこ
とになる。

【００１７】

【実施例】図２に示した構成の磁気記録媒体の製造に際
して、ＤＬＣ保護膜はカーボンターゲットをＡｒガスと
ＣＨ₄ の混合ガス雰囲気中でスパッタ成膜することによ
り形成される。このスパッタ時のガス雰囲気中の供給Ｃ
Ｈ₄ 量を制御して、波長５１４．５ｎｍのアルゴンイオ
ンレーザー励起によるラマンスペクトルにおいて種々の
ラマン蛍光強度比Ｂ／ＡをもつＤＬＣ保護膜を形成した
磁気記録媒体を作製した。

【００１８】これらの磁気記録媒体について、Ａｌ₂ Ｏ
₃ ・ＴｉＣをスライダー材料とする薄膜ヘッドを用いて
ＣＳＳ２万回後の摩擦係数を測定し、保護膜のラマン蛍
光強度比Ｂ／Ａとの相関を調べた。その結果を図８の線
図に示す。図８に見られるように、Ｂ／Ａと摩擦係数と
の間には、Ｉ_d ／Ｉ_g やＧ−ピークラマンシフトとの間
では見られなかった一対一の明確な相関が認められる。
従って、膜質評価指標としてのＢ／Ａの値を知ることに
よりＣＳＳを行うことなしにＣＳＳ２万回後の摩擦係数
を知ることができる。実用上充分な耐磨耗性を得るため
には摩擦係数は０．４以下が必要とされるが、そのため
にはＢ／Ａの値が２以上が適正範囲であることが図８よ
り判る。

【００１９】また、保護膜のＢ／Ａと微小硬度，水素含
有量との相関を調べたところ、それぞれ図９，図１０に
示すように、Ｉ_d ／Ｉ_g やＧ−ピークラマンシフトとの
間では見られなかった一対一の明確な相関が認められ
た。従って、膜質評価指標としてのＢ／Ａの値を知るこ
とにより微小硬度，水素含有量を知ることができる。良
好な耐磨耗性を得るためには、上述のように、Ｂ／Ａの
値が２以上が適正範囲であり、図９より微小硬度は約４
０ＧＰａ以下が適正範囲であり、図１０より水素含有量
は約４０原子％以上が適正範囲であることが判る。

【００２０】さらにまた、保護膜の組成的な膜質評価の
指標として、前述のように、膜の比抵抗が知られてい
る。この比抵抗とＢ／Ａの相関を調べたところ、図１１
の線図に示すように一対一の明確な相関が認められ、良
好な対磨耗性を得るためには、比抵抗は約１０⁸ Ω・ｃ
ｍ以上が適正範囲であることが判る。以上述べたよう
に、保護膜の組成的な膜質評価指標としてのラマン蛍光
強度比Ｂ／Ａと、保護膜の耐磨耗性の各評価指標との間
には一対一の明確な相関が有るので、ＤＬＣ膜のラマン
スペクトルを測定しＢ／Ａ値を求めるだけで簡単にＤＬ
Ｃ保護膜の耐磨耗性を評価することができ、このＢ／Ａ
値が適正範囲にあるように保護膜の膜質を管理すること
により、耐磨耗性，耐ＣＳＳ特性に優れた磁気記録媒体
を得ることが可能となる。

【００２１】

【発明の効果】この発明によれば、磁気記録媒体の磁性
層の保護膜として用いられるカーボン膜の膜質を、前記
保護膜の波長５１４．５ｎｍのアルゴンイオンレーザー
励起によるラマンスペクトルを測定し、波数９００ｃｍ
^-1から波数１８００ｃｍ^-1の範囲内のスペクトルの蛍光
を含んだ主ピーク強度Ｂと、蛍光によるバックグランド
を差し引いた主ピーク強度Ａとの強度比Ｂ／Ａ（ラマン
蛍光強度比）でカーボン膜の膜質を評価する。この方法
によれば、膜の微小硬度、水素含有量を測定することな
しに簡便に膜の耐磨耗性を評価することができる。この
ような膜質評価方法で、保護膜のＢ／Ａの値を２以上と
することにより、耐磨耗性，耐ＣＳＳ特性の優れた磁気
記録媒体が簡便に得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係わるラマン蛍光強度比Ｂ／Ａの説
明図

【図２】磁気記録媒体の模式的断面図

【図３】ＤＬＣ保護膜のラマンスペクトルの一例を示す
線図

【図４】ＤＬＣ保護膜のラマンスペクトルの波数９００
ｃｍ^-1〜１８００ｃｍ^-1の範囲の拡大図

【図５】ＤＬＣ保護膜のラマンスペクトルのピーク強度
比Ｉ_d ／Ｉ_g の説明図

【図６】Ｇ−ピークラマンシフトと各耐磨耗性評価指標
との相関を示す線図で、図６（ａ）は摩擦係数との関係
図、図６（ｂ）は微小硬度との関係図、図６（ｃ）は水
素含有量との関係図

【図７】Ｉ_d ／Ｉ_g と各耐磨耗性評価指標との相関を示
す線図で、図７（ａ）は摩擦係数との関係図、図７
（ｂ）は微小硬度との関係図、図７（ｃ）は水素含有量
との関係図

【図８】ラマン蛍光強度比Ｂ／Ａと摩擦係数との関係を
示す線図

【図９】ラマン蛍光強度比Ｂ／Ａと微小硬度との関係を
示す線図

【図１０】ラマン蛍光強度比Ｂ／Ａと水素含有量との関
係を示す線図

【図１１】ラマン蛍光強度比Ｂ／Ａと膜の比抵抗との関
係を示す線図

【符号の説明】

１ 非磁性基板 ２ 非磁性金属下地層 ３ 磁性層 ４ 保護膜 ５ 潤滑層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁気記録媒体の磁性層の保護膜として用い
   られるカーボン膜の膜質評価方法であって、波長５１
   ４．５ｎｍのアルゴンイオンレーザー励起によるラマン
   スペクトルを測定し、波数９００ｃｍ^-1から波数１８０
   ０ｃｍ^-1の範囲内の蛍光を含んだ主ピーク強度Ｂと、蛍
   光によるバックグランドを差し引いた主ピーク強度Ａと
   の強度比Ｂ／Ａ（ラマン蛍光強度比）でカーボン膜の膜
   質を評価することを特徴とするカーボン膜の膜質評価方
   法。
2. 【請求項２】請求項１記載のカーボン膜の膜質評価方法
   で評価したときの強度比Ｂ／Ａ（ラマン蛍光強度比）が
   ２以上のカーボン膜を保護膜として有することを特徴と
   する磁気記録媒体。